Характеристики, види, переваги і недоліки біоремедіації

The біоремедіація являє собою набір екологічних санітарних біотехнологій, які використовують метаболічні здібності бактеріальних мікроорганізмів, грибів, рослин та / або їх ізольованих ферментів для усунення забруднюючих речовин у ґрунті і воді.

Мікроорганізми (бактерії і гриби) і деякі рослини можуть біотрансформувати широкий спектр токсичних і забруднюючих органічних сполук, роблячи їх нешкідливими або нешкідливими. Вони навіть можуть біодеградувати деякі органічні сполуки до найпростіших форм, таких як метан (СН₄) і вуглекислого газу (CO₂).

Також деякі мікроорганізми і рослини можуть витягувати або іммобілізувати в навколишньому середовищі (in situ) токсичні хімічні елементи, такі як важкі метали. Іммобілізуючи токсичну речовину в навколишньому середовищі, вона більше не доступна живим організмам і тому не впливає на них.

Отже, зниження біодоступності токсичної речовини також є формою біоремедіації, хоча це не означає усунення речовини з середовища.

В даний час зростає науковий і комерційний інтерес до розвитку економічних технологій з низьким екологічним впливом (або "екологічно чистими"), таких як біоремедіація поверхневих вод, підземних вод, шламу і забрудненого грунту..

Індекс

• 1 Характеристики біоремедіації
  • 1.1 Забруднювачі, які можна біологічно очистити
  • 1.2 Фізико-хімічні умови при біоремедіації
• 2 Види біоремедіації
  • 2.1 Біостимуляція
  • 2.2 Біоагментація
  • 2.3 Компостування
  • 2.4 Біопіли
  • 2.5 Земельні ділянки
  • 2.6 Фіторемедіація
  • 2.7 Біореактори
  • 2.8 Мікремедіація
• 3 Біоремедіація проти звичайних фізичних і хімічних технологій
  • 3.1 - Переваги
  • 3.2-Недоліки та аспекти для розгляду
• 4 Посилання

Характеристика біоремедіації

Забруднюючі речовини, які можна біологічно очистити

Серед забруднюючих речовин, які були біологічно виправлені, є важкі метали, радіоактивні речовини, токсичні органічні забруднювачі, вибухові речовини, органічні сполуки, отримані з нафти (поліароматичні вуглеводні або ГПК), феноли, серед інших..

Фізико-хімічні умови під час біоремедіації

Оскільки процеси біоремедіації залежать від активності мікроорганізмів і живих рослин або їх ізольованих ферментів, необхідно підтримувати відповідні фізико-хімічні умови для кожного організму або ферментативної системи для оптимізації їх метаболічної активності в процесі біоремедіації..

Фактори, які необхідно оптимізувати і підтримувати протягом всього процесу біоремедіації

-Концентрація і біодоступність забруднювача в умовах навколишнього середовища: тому що, якщо вона занадто висока, вона може бути шкідливою для тих самих мікроорганізмів, які здатні їх біотрансформувати.

-Вологість: доступність води є необхідною для живих організмів, а також для ферментативної активності безклітинних біологічних каталізаторів. Як правило, відносна вологість повітря від 12 до 25% повинна зберігатися в грунтах, що піддаються біоремедіації.

-Температура: повинна бути в діапазоні, що дозволяє виживати застосовувані організми та / або вимагати ферментативної активності.

-Біодоступні поживні речовини: необхідні для росту і розмноження цікавих мікроорганізмів. Головним чином необхідно контролювати вуглець, фосфор і азот, а також деякі важливі мінерали.

-Кислотність або лужність водного середовища або рН (вимірювання іонів Н⁺ посередині).

-Наявність кисню: у більшості методів біоремедіації використовуються аеробні мікроорганізми (наприклад, у компостуванні, біопалі та "Земельні ферми"), і необхідна аерація субстрату. Проте анаеробні мікроорганізми можуть бути використані в процесах біоремедіації, у високо контрольованих лабораторних умовах (з використанням біореакторів).

Види біоремедіації

Серед прикладних біотехнологій біоремедіації є:

Біостимуляція

Біостимуляція складається з стимуляції in situ тих мікроорганізмів, які вже присутні в середовищі, яка була забруднена (автохтонних мікроорганізмів), здатних до біореагування забруднюючих речовин.

Біостимуляція in situ це досягається за рахунок оптимізації фізико-хімічних умов для виникнення бажаного процесу, тобто; рН, кисень, вологість, температура, серед інших, і додавання необхідних поживних речовин.

Біоаугментація

Біоаугментація передбачає збільшення кількості цікавих мікроорганізмів (переважно автохтонних), завдяки додаванню їх інокулята, що культивується в лабораторії..

Згодом, після того, як мікроорганізми, що представляють інтерес, були щеплені in situ, Фізико-хімічні умови повинні бути оптимізовані (наприклад, при біостимуляції), щоб сприяти зниженню активності мікроорганізмів.

Для застосування біоаугментації слід враховувати витрати на мікробну культуру в біореакторах в лабораторії.

Як біостимуляція, так і біоаугментація можуть поєднуватися з усіма іншими біотехнологіями, описаними нижче.

Компостування

Компостування складається з змішування забрудненого матеріалу з незабрудненим ґрунтом, доповненим рослинними або тваринами, що сприяють поліпшенню дії, і поживними речовинами. Ця суміш утворює конуси висотою до 3 м, відокремлені один від одного.

Оксигенацію нижніх шарів конусів слід контролювати шляхом регулярного видалення з одного місця в інше за допомогою техніки. Оптимальні умови вологості, температури, рН, поживних речовин, крім іншого, також повинні підтримуватися.

Біопіли

Техніка біоремедіації з біопілами така ж, як і методика компостування, описана вище, за винятком:

• Відсутність поліпшуючих агентів рослинного або тваринного походження.
• Усунення аерації шляхом переміщення з одного місця в інше.

Біопіли залишаються закріпленими в одному і тому ж місці, аеруються у своїх внутрішніх шарах через систему труб, витрати на установку, експлуатацію та технічне обслуговування яких необхідно враховувати на етапі проектування системи.

Земельні ділянки

Біотехнологія під назвою "землеробство" (у перекладі з англійської мови: різьблена з землі), складається з змішування забрудненого матеріалу (бруду або осаду) з першими 30 см незабрудненого грунту великої землі..

У цих перших сантиметрах ґрунту сприяє деградація забруднюючих речовин завдяки аерації та змішуванню. Для цієї роботи використовується сільськогосподарська техніка, наприклад, плуг тракторів.

Головним недоліком землекористування є те, що він обов'язково вимагає великих земельних ділянок, які можуть бути використані для виробництва продуктів харчування.

Фіторемедіація

Фіторемедіація, яка також називається біоремедіацією з допомогою мікроорганізмів і рослин, являє собою набір біотехнологій, заснованих на використанні рослин і мікроорганізмів для видалення, обмеження або зменшення токсичності забруднюючих речовин в поверхневих або підземних водах, шламах і грунті..

Під час фіторемедіації може відбуватися деградація, екстракція та / або стабілізація (зменшення біодоступності) забруднювача. Ці процеси залежать від взаємодії між рослинами і мікроорганізмами, які живуть дуже близько до своїх коренів, в зоні, що називається ризосфера.

Фіторемедіація виявилася особливо успішною у видаленні важких металів та радіоактивних речовин з ґрунту та поверхневих або підземних вод (або ризофільтрації забрудненої води).

У цьому випадку рослини накопичують у своїх тканинах метали навколишнього середовища, а потім їх збирають і спалюють в контрольованих умовах, так що забруднювач переходить від диспергування в навколишнє середовище, до концентрування у вигляді попелу..

Отриманий зола може оброблятися для відновлення металу (якщо він має економічний інтерес), або їх можна відмовитися в місцях остаточного захоронення відходів..

Недоліком фіторемедіації є відсутність глибоких знань про взаємодії, що відбуваються між залученими організмами (рослини, бактерії і, можливо, мікоризні гриби)..

З іншого боку, необхідно дотримуватися екологічних умов, які відповідають потребам усіх застосовуваних агентств.

Біореактори

Біореактори являють собою контейнери значних розмірів, які дозволяють підтримувати високо контрольовані фізико-хімічні умови у водних середовищах для культивування, щоб сприяти цікавому біологічному процесу.

У біореакторах бактеріальні мікроорганізми і гриби можна вирощувати у великих масштабах і в лабораторії, а потім застосовувати в процесах біоаугментації. in situ. Мікроорганізми також можуть культивуватися в інтересах отримання їх ферментів, що розкладають фермент, що забруднює фермент.

Біореактори використовуються в процесах біоремедіації ex situ, коли забруднену підкладку змішують з мікробною культуральної середовищем, сприяючи деградації забруднювача.

Мікроорганізми, вирощені в біореакторах, можуть бути навіть анаеробними, і в цьому випадку водна культуральна середовище повинна не мати розчиненого кисню..

Серед біотехнологій біоремедіації використання біореакторів є відносно дорогим через підтримку обладнання та вимог до культури мікробної культури..

Мікроремедіація

Мікроремедіація - використання грибкових мікроорганізмів (мікроскопічних грибів), в процесах біоремедіації токсичних забруднюючих речовин.

Слід враховувати, що культивування мікроскопічних грибів зазвичай є більш складним, ніж у бактерій і, отже, передбачає більш високі витрати. Крім того, гриби ростуть і розмножуються повільніше, ніж бактерії, причому біоремедіація з допомогою грибів є більш повільним процесом.

Біоремедіація проти звичайних фізичних і хімічних технологій

-Переваги

Біотехнології біоремедіації є набагато більш економічними та дружніми до навколишнього середовища, ніж хімічні та фізичні технології санітарії навколишнього середовища, які традиційно застосовуються.

Це означає, що застосування біоремедіації має більш низький вплив на навколишнє середовище, ніж звичайні фізико-хімічні практики.

З іншого боку, серед мікроорганізмів, що застосовуються в процесах біоремедіації, деякі з них можуть перейти до мінералізації забруднюючих сполук, забезпечуючи їх зникнення з навколишнього середовища, що важко досягти в один крок із звичайними фізико-хімічними процесами.

-Недоліки та аспекти для розгляду

Мікробні метаболічні можливості існують в природі

Враховуючи, що лише 1% наявних у природі мікроорганізмів є ізольованими, одним з обмежень біоремедіації є ідентифікація мікроорганізмів, здатних до біодеградації певного забруднюючого речовини..

Незнання прикладної системи

З іншого боку, біоремедіація працює зі складною системою з двох або більше живих організмів, які, як правило, не повністю відомі.

Деякі досліджені мікроорганізми біотрансформували забруднюючі сполуки в ще більш токсичні побічні продукти. Тому необхідно попередньо вивчити в лабораторії біореагування організмів і їх взаємодії в глибину.

Крім того, малі пілотні випробування (на місцях) повинні бути зроблені перед їх масовим застосуванням, і, нарешті, слід контролювати процеси біоремедіації. in situ, забезпечення правильного санітарії навколишнього середовища.

Екстраполяція результатів, отриманих в лабораторії

Через високу складність біологічних систем результати, отримані в малому масштабі в лабораторії, не завжди можуть бути екстрапольовані на польові процеси.

Особливості кожного процесу біоремедіації

Кожен процес біоремедіації включає специфічну експериментальну конструкцію, відповідно до конкретних умов забрудненого ділянки, типу забруднюючих речовин, що підлягають обробці, та організмів, які слід застосовувати..

Потім необхідно, щоб ці процеси були спрямовані міждисциплінарними групами фахівців, серед яких біологи, хіміки, інженери, серед інших.

Підтримання фізико-хімічних умов навколишнього середовища для сприяння росту і метаболічної активності, що представляє інтерес, передбачає постійне завдання в процесі біоремедіації.

Необхідний час

Нарешті, процеси біоремедіації можуть тривати довше, ніж звичайні фізико-хімічні процеси.

Список літератури

1. Adams, G.O., Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). Біоремедіація відпрацьованих нафтозабруднених ґрунтів з використанням пташиного посліду. Науковий журнал з інженерних та прикладних наук3 (2) 124-130
2. Adams, O. (2015). "Біоремедіація, біостимуляція та біоаугментація: огляд". Міжнародний журнал біоремедіації та біодеградації навколишнього середовища. 3 (1): 28-39.
3. Boopathy, R. (2000). "Фактори, що обмежують технології біоремедіації". Технологія біоресурсів. 74: 63-7. doi: 10.1016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
4. Eweis J. B., Ergas, S.J., Chang, D. P.Y. і Schoeder, D. (1999). Принципи Biorrecuperación. Макгроу-Хілл Інтермарікана-де-Іспана, Мадрид. 296.
5. Madigan, M.T., Martinko, J.M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A. and Brock, T. (2015). Брокова біологія мікроорганізмів. 14 изд. Бенджамін Каммінгс. 1041.
6. McKinney, R. E. (2004). Мікробіологія контролю забруднення навколишнього середовища. М. Деккер 453.
7. Pilon-Smits E. 2005. Фіторемедіація. Анну. Plant Biol. 56: 15-39.